0、引言
預制裝配式建筑是工業化建筑的重要形式，由于其具有顯著的經濟、社會和環境效益，因此在我國建筑工業化進程中扮演重要角色。經過我國學者多年的努力，裝配式剪力墻的連接技術有了較快的發展，基本能夠滿足裝配式結構的連接要求。在此背景下，海門市中南世紀城96號裝配式剪力墻住宅樓開始設計建設。該工程作為國家十二五科技支撐計劃：裝配式建筑混凝土剪力墻結構關鍵技術研究的試點工程，是我國首次建造95.4米高的裝配式剪力墻結構住宅樓，在我國建筑工業化進程中具有里程碑的意義。
由于樓層層高超出了江蘇省《預制裝配整體式剪力墻結構體系技術規程》DGJ32/TJ125-2011中關于“抗震設防烈度為6度和7度地區的I、II類場地，層數不超過12層的預制裝配整體式剪力墻結構，可按照本規程進行結構設計”規定。因此需要對本工程進行專門的結構抗震設計分析。
1、ABAQUS有限元模型
1.1ABAQUS有限元模擬步驟及數據文件
ABAQUS有限元軟件的CAE模塊雖然集成功能較多，但無法實現結構構件的規?；瘡椭?，建筑結構的建模過程較為復雜。前期對ABAQUS與SAP2000以及ABAQUS與SETWE的模型接口進行過研究，并形成了較為成熟的軟件接口，但是該類接口仍需要采用SAP2000及PKPM對整體結構進行建模前處理，無益于減少前處理工作量。因此，通過ABAQUS有限元軟件原理的學習，提高其建模效率是非常必要的。
1.2層組裝建模算法
層組裝建模的核心算法為：通過節點的坐標匹配，替換上下樓層中的重復節點以實現模型在接觸面處的節點共用，從而完成結構層模型在幾何上的疊加組裝，并通過INP文件中Nset，ELset以及Shell，Beam等集和截面數據的運算實現構件屬性的復制。
圖1為層組裝建模程序算法框圖。該算法包括九部分：初始數據讀取、下層節點數據處理、上層節點數據處理、下層單元數據處理、上層單元數據處理、下層集與截面數據處理、上層集與截面數據處理、模型后續數據處理以及數據格式化輸出按照圖1的程序計算方法編制Python程序，實現兩標準層的結構模型的組合拼裝。
對于多層及高層結構，可通過編寫外部循環程序，直接調用該方法即可實現整體結構的快速建模。
2、32層裝配式剪力墻結構試點工程的動力時程分析
2.1工程概況
試點工程為江蘇省南通市海門中南世紀城3.5期96號樓，該樓地下2層、地上32層，總高度為95.4m，總建筑面積為28036.9m2，是一幢地上5層以下采用現澆剪力墻結構，5層及以上采用裝配式剪力墻結構的高層建筑結構。該樓設計使用年限為50年，安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為6度，抗震等級為三級。主體部分為單軸對稱結構，結構平面圖如圖3所示。
2.2有限元模型
本文通過ABAQUS的CAE模塊，對該工程11個標準層進行建模，整體模型如圖4所示。該模型中墻板混凝土本構采用ABAQUS自帶的混凝土損傷模型，梁本構采用清華大學陸新征提出的纖維梁模型：PQ-fiber，墻板單元采用S4R多層殼單元，梁單元采用B31單元。梁鋼筋采用外接程序，在INP文件中加入*REBAR命令進行模擬。
2.3ABAQUS模型模態分析結果
ABAQUS計算得到的前6階周期結果見表1，第一和第二振型為一階平動，第三階振型為一階扭轉，第四和第五階振型為二階平動，第六階振型為二階扭轉。ABAQUS模型中第一階扭轉振型的周期與第一階平動周期之比為0.71，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010中3.4.5條關于第一階扭轉振型的周期與第一階平動周期之比不超過0.85的規定。另外，ABAQUS模型的周期計算結果表明，結構第一振型周期大于第二振型周期，表明該結構向剛度大于Y向剛度，這是由于剪力墻主要存在于X方向，而Y向剪力墻墻肢較短，多為短肢剪力墻所致。
2.4彈塑性動力時程分析結果
根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010的要求，選用NorthRidge、WhiteNarrow和上海人工波進行罕遇地震動力時程分析。最大峰值加速度應為1.25m/s2，地震波強度按X:Y=1:0.85和X:Y=0.85:1施加，其計算分析結果如表3和表4所示。
圖5分別為三條地震波作用下結構彈塑性層間位移角、樓層側移曲線。結構X方向的最大平均彈塑性層間位移角為1/432，Y方向的最大平均彈塑性層間位移角為1/499。結構X、Y向層間位移角均未超出《建筑抗震設計規范》GB50011-2010限值：1/120，剪重比滿足規范要求。
結構總輸入能、阻尼耗能、塑性變性能與彈性變性能時程曲線如圖7所示?？傒斎肽芎蛷椥宰冃阅茈S著時間增大而振蕩增加，說明該結構在6度區大部分構件仍處于彈性階段。阻尼耗能隨時間增大而增大，塑性變形能是當地震波加速度達到一定程度時才產生，隨時間增大而梯度增大，說明結構在地震作用下產生的塑性變形能維持一段時間，直至地震作用使結構產生新的塑性變形才有能量耗散。
能量耗散主要依靠結構本身的阻尼和塑性變形進行耗能，而塑性變形能引起結構的混凝土損傷，為分析結構耗能值和混凝土損傷分布情況，NorthRidge地震波\\(X:Y=1：0.85\\)作用下下塑性變形能在結構樓層的分布情況見圖8。由圖8可知，底層塑性變形能高于其他樓層，說明底層損傷程度最大，底部幾層耗散了大部分地震輸入能量，因此設計時應當重視底部樓層的抗震構造措施；其他樓層塑性變形能分布比較均勻，耗能相差不大。
3、結論
本文通過采用層組裝建模方法對海門市中南世紀城96號樓結構模型進行模態分析、2組罕遇地震波和1組人工波作用下的動力彈塑性時程分析，得出以下結論：
\\(1\\)層組裝建模方法的能夠實現ABAQUS有限元模型的快速建模；該方法能夠直接采用ABAQUS軟件CAE模塊對整體結構的標準層進行建模，通過編程實現標準層的組裝。能夠有效減少建模前處理工作量，并且該方法可直接對樓層INP文件的集\\(Nset和Elset\\)進行復制，便于后續計算結果的處理。
\\(2\\)模態分析表明，該結構前兩階振型以平動為主，第三階為扭轉，表明該結構整體布局合理，不存在嚴重的扭轉現象。
\\(3\\)動力彈塑性時程分析結果表明，該工程在罕遇地震下的層間位移角均滿足相關規范及規程的要求，其結構布置較為合理，能夠滿足結構抗震需要。
\\(4\\)該結構在罕遇地震作用下，結構發生塑性變形，阻尼耗能和塑性耗能耗散了大部分的地震能量輸入；而結構耗能的樓層分布情況表明：結構主要由底部樓層耗散地震輸入能。因此該工程底部4層采用現澆結構進行加強，5層以上采用全預制剪力墻結構合理可靠。
參考文獻：
[1]龐瑞,梁書亭,朱筱俊.RC框架結構中新型預制裝配式樓蓋面內變形分析[J].東南大學學報\\(自然科學版\\),2009,S2:186-191.
[2]張季超,楚先鋒,邱劍輝等.高效、節能、環保預制鋼筋混凝土結構住宅體系及其產業化[J].工程力學,2008,S2:123-133+138.
